[發(fā)明專利]傳熱單元

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310420381.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN103670810A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬庫斯·比爾勒;魯文·埃格;格爾德·蓋澤;馬蒂亞斯·費(fèi)爾巴哈;于爾根·施魏策爾;馬克·哈特曼;迪米特爾·彭納;費(fèi)邊·弗羅賓尼斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 埃貝斯佩歇廢氣技術(shù)合資公司
• 主分類號(hào): F02M25/07
• 分類號(hào): F02M25/07
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳熱單元和配備有該傳熱單元的裝置。

背景技術(shù)

用于不同技術(shù)領(lǐng)域并且廣為人知的熱傳遞單元使得在第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間的熱傳遞成為可能。在這種情況下特別重要的是車輛應(yīng)用，因?yàn)闉榇四康脑搨鳠釂卧枰o湊且成本有效的結(jié)構(gòu)。在包括用于驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動(dòng)車中，可例如在一個(gè)或多個(gè)用于冷卻內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)組、冷卻潤滑油、冷卻增壓空氣和冷卻再循環(huán)廢氣的冷卻回路中采用多個(gè)傳熱單元。

為了能夠更好地利用內(nèi)燃機(jī)廢氣中所含的熱量，已知廢熱利用系統(tǒng)以朗肯循環(huán)過程，優(yōu)選以朗肯-克勞修斯循環(huán)過程的方式運(yùn)行，從而蒸發(fā)、膨脹、凝結(jié)及壓縮工作介質(zhì)，其中壓縮、蒸發(fā)和過熱的工作介質(zhì)的膨脹用于產(chǎn)生機(jī)械能，例如用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在這種情況下，通過蒸發(fā)器蒸發(fā)工作介質(zhì)，該蒸發(fā)器同樣對(duì)應(yīng)于傳熱單元。例如，該傳熱單元或蒸發(fā)器可以合適的方式集成在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中，從而將廢氣的熱量傳遞至工作介質(zhì)以蒸發(fā)該工作介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是提出上述類型的傳熱單元或配備這種單元的裝置的改進(jìn)實(shí)施方式，其特征特別地在于具有緊湊設(shè)計(jì)形式的高效熱傳遞。

本發(fā)明基于這樣的總體思路，即，提供至少兩個(gè)用于傳熱單元中的二級(jí)介質(zhì)的分離的二級(jí)通路，該傳熱單元用于具有主通路的主要介質(zhì)，該主通路平行地流體互連共同的二級(jí)入口與共同的二級(jí)出口。通過提供至少兩個(gè)二級(jí)通路，通過它該二級(jí)介質(zhì)可以平行流動(dòng)，這兩個(gè)二級(jí)通路都以熱傳遞的方式將單獨(dú)介質(zhì)與主通路耦合，可降低用于二級(jí)介質(zhì)的傳熱單元的流動(dòng)阻力，使得最終實(shí)現(xiàn)傳熱單元中二級(jí)介質(zhì)的更大流速并具有足夠的停留時(shí)間。總之，由此可實(shí)現(xiàn)提高主要介質(zhì)和二級(jí)介質(zhì)之間的高傳熱效率，其中可同時(shí)實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計(jì)。

特別有利的是，由此產(chǎn)生的傳熱單元可作為蒸發(fā)器使用，以蒸發(fā)作為二級(jí)介質(zhì)的工作介質(zhì)。例如，為此傳熱單元可以廢氣形成主要介質(zhì)的方式連接到內(nèi)燃機(jī)的廢氣輸送線上。根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，內(nèi)燃機(jī)的廢氣可達(dá)到非常高的溫度，從而借助在本文中公開的傳熱單元，從廢氣中帶出大量用于蒸發(fā)工作介質(zhì)的熱量。借助在本文中公開的傳熱單元，這些可特別有效地實(shí)現(xiàn)并具有緊湊設(shè)計(jì)，因?yàn)榇舭l(fā)的二級(jí)介質(zhì)或工作介質(zhì)平行地流過至少兩個(gè)二級(jí)通路，從而可以平行吸收熱量。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式的傳熱單元，本發(fā)明詳細(xì)提出了一種管狀設(shè)計(jì)，其中殼體包含管和護(hù)套，該護(hù)套圍繞管以形成環(huán)形通道。通過該環(huán)形通道規(guī)定主通路的路線，而通過該管規(guī)定支路路徑的路線，該支路路徑繞過環(huán)形通道，同樣將主入口流體地互連至主出口。此外，提出了控制裝置，借助該控制裝置可控制主通路和具有主要介質(zhì)的支路路徑的流通。同樣地，通過該環(huán)形通道以其在環(huán)形通道中以介質(zhì)分離和熱傳遞方式耦合主通路而規(guī)定所述至少兩個(gè)二級(jí)通路的路線。通過這樣的設(shè)計(jì)，主要介質(zhì)和二級(jí)介質(zhì)之間的熱傳遞僅僅發(fā)生在環(huán)形通道中，使得僅在主要介質(zhì)流經(jīng)該環(huán)形通道時(shí)發(fā)生向二級(jí)介質(zhì)的主動(dòng)熱傳遞。流經(jīng)支路路徑的主要介質(zhì)繞過在主通路和二級(jí)通路之間耦合的熱傳遞，并最佳地多可導(dǎo)致例如在通過廢氣流加熱該殼體的基礎(chǔ)上向二級(jí)介質(zhì)的被動(dòng)熱傳遞。借助該控制裝置，現(xiàn)在可控制該主要介質(zhì)，使得它僅流經(jīng)該主通路，即通過該環(huán)形通道，或僅通過該支路路徑，即通過該管。根據(jù)該控制裝置的優(yōu)選實(shí)施方式，至少一個(gè)中間位置也是可調(diào)節(jié)的，其中該主要介質(zhì)流經(jīng)主通路以及支路路徑，其結(jié)果是可控制可轉(zhuǎn)移到二級(jí)介質(zhì)的熱熱量。本文中公開的管狀設(shè)計(jì)，其中該管和護(hù)套具有圓形橫截面并呈圓柱狀延伸，使得有可能在主要側(cè)面上產(chǎn)生較高壓力，其結(jié)果是促使在廢氣流中的主要側(cè)面上使用該傳熱單元。

本文中公開的傳熱單元設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于具有非常緊湊的幾何形狀和可實(shí)現(xiàn)成本效益的結(jié)構(gòu)。

實(shí)際上，可設(shè)計(jì)共同的殼體使得其僅包括用于至少兩個(gè)二級(jí)通路的一個(gè)共同二級(jí)入口和一個(gè)共同二級(jí)出口。然后，相同的二級(jí)介質(zhì)可分布在所述至少兩個(gè)二級(jí)通路上，使得二級(jí)介質(zhì)平行地流經(jīng)二級(jí)通路。正因?yàn)槿绱耍娠@著擴(kuò)大總計(jì)用于二級(jí)介質(zhì)的可通流截面，由此可降低二級(jí)介質(zhì)的流動(dòng)阻力以及在傳熱單元直流過程中的壓力損失。

根據(jù)有利的實(shí)施方式，提供至少兩個(gè)線圈，其設(shè)置在所述環(huán)形通道中，螺旋形地圍繞所述管，并通過每個(gè)線圈規(guī)定二級(jí)通路的路徑。使用這種線圈實(shí)現(xiàn)了用于二級(jí)介質(zhì)的較長的二級(jí)通路，由此可實(shí)現(xiàn)在傳熱單元內(nèi)或在環(huán)形通道內(nèi)的較長停留時(shí)間，這有利于強(qiáng)化傳熱。在內(nèi)部以及外部，這種線圈同樣可暴露于較高的壓力下，從而簡化了例如在廢熱利用回路的廢氣流中的主要側(cè)面上和輔面上的傳熱單元的使用。